專利名稱：表面包覆碳層的石墨材料、制備方法及應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術領域，特別是涉及一種表面包覆碳層的石墨材料、制備方法以及作為鋰離子電池負極材料的應用。
背景技術：
鋰離子電芯具有能量密度高、比功率大、循環(huán)性能好、無記憶效應、無污染等特點， 鋰離子電芯已經(jīng)在越來越廣泛的領域得到應用。目前鋰離子電芯正極主流材料為過渡金屬氧化物，石墨則一直因為容量，嵌鋰平臺與金屬鋰接近等優(yōu)點占據(jù)負極材料的絕對主力位置。但正因為石墨的嵌鋰平臺與金屬鋰接近，充電過程中，石墨負極極易析出鋰金屬。雖然技術人員在設計上想了很多辦法，如負極片面積大于正極片，正負極相對位置上負極的鋰接受能力大于正極的鋰釋放能力。但是電芯的應用環(huán)境溫度范圍較寬，仍使得負極存在析鋰隱患，如低溫條件下，快速充電時，負極的倍率跟不上正極，導致鋰在負極表面析出，進而帶來電芯鼓脹，循環(huán)壽命衰減快等問題，更嚴重的甚至起火爆炸。經(jīng)過表面包覆后碳化處理，可以提高石墨類負極的低溫性能，但是表面碳層會影響2-3%的負極容量，從而影響電池設計，進而影響最終產(chǎn)品的體積比容量。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種可作為鋰離子電池負極材料、并能夠使電池在保持高的容量特性的前提下提高低溫充放電能力的表面包覆碳層的石墨材料。本發(fā)明的另一目的在于提供上述石墨材料的制備方法。本發(fā)明的再一目的在于提供上述石墨材料做為鋰離子電池負極材料的應用。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案本發(fā)明公開了一種表面包覆碳層的石墨材料，包覆物為碳源，并在包覆后經(jīng)碳化處理，所述碳源包括30% -60%的難石墨化碳源，所述為質(zhì)量百分比。在本發(fā)明具體的實施方式中，所述難石墨化碳源優(yōu)選包括酚醛樹脂。優(yōu)選的，所述經(jīng)碳化處理后進一步包括石墨化處理。所述石墨化處理優(yōu)選是指于 2300-2500度處理60-80小時。除難石墨化碳源外的其余碳源優(yōu)選自石油浙青或煤浙青中的至少一種。本發(fā)明開公開了上述表面包覆碳層的石墨材料的制備方法，所述方法包括A、將作為包覆物的碳源與石墨粉以6-12 100的質(zhì)量比充分混合均勻；B、將步驟A的產(chǎn)物在惰性氣體保護的環(huán)境下，于900-1200度的溫度條件下完全碳化；C、將步驟B的產(chǎn)物于2300-2500度的溫度條件下石墨化60-80小時。所述步驟A中，石墨粉優(yōu)選為經(jīng)過球形處理的天然石墨粉；混合優(yōu)選于加熱條件下進行，加熱溫度為不高于150度。
所述方法優(yōu)選進一步包括將步驟B或步驟C的產(chǎn)物破碎分級，并篩分選擇粒度D50 為18-22 μ m的產(chǎn)品。本發(fā)明還公開了上述的表面包覆碳層的石墨材料作為鋰離子電池負極材料的應用。由于采用了以上技術方案，使本發(fā)明具備的有益效果在于本發(fā)明獨特的表面包覆碳層石墨材料，作為鋰離子電池負極材料使用時，解決了目前行業(yè)內(nèi)鋰離子電芯普遍存在的低溫問題，尤其是低溫充電問題，同時克服了應用傳統(tǒng)表面包覆石墨材料導致的負極容量低的缺陷，能夠在保持高的容量特性的前提下，極大提高低溫充放電能力。本發(fā)明很好地實現(xiàn)了將負極的高石墨化度與優(yōu)異低溫性能的兼容，使得采用高容量的負極制作的鋰離子電池可以規(guī)避低溫環(huán)境下使用時電性能與安全性能風險。
具體實施例方式本發(fā)明通過對比，發(fā)現(xiàn)通過添加部分難石墨化碳源對天然石墨粉進行包覆，包覆后的產(chǎn)品經(jīng)過碳化、低溫石墨化處理后，能顯著提高電池的容量和低溫性能。本發(fā)明的難石墨化碳源包括常用的酚醛樹脂，除此之外其他一些具有難石墨化的特性的高聚有機物也可用于本發(fā)明。在本發(fā)明中，難石墨化碳源占所有作為包覆物的碳源的質(zhì)量百分比為30% -60%，優(yōu)選45% -55%。除難石墨化碳源外，其余碳源可以選用傳統(tǒng)對石墨材料進行表面包覆后碳化處理方法中所常規(guī)使用的碳源，比如石油浙青、煤浙青等。表面包覆碳源與石墨粉以6-12 100的質(zhì)量比混合進行碳化處理。為使混合更充分，通?？稍诩訜釛l件下進行混合，加熱溫度控制不高于150度即可，通?？梢赃x用 100-150度。攪拌時間應足夠長，以保持混合的充分均勻。碳化是在惰性氣氛保護下于 900-1200溫度條件下進行。完全碳化的時間通常需要10-15小時。碳化后將產(chǎn)物經(jīng)破碎分級，篩分出粒度D50為18-22 μ m的產(chǎn)品進行下一步石墨化處理。或者直接進行石墨化處理后再進行破碎分級后選擇上述粒度產(chǎn)品直接作為負極活性物質(zhì)。石墨化同樣應在惰性氣氛保護下進行。在本發(fā)明中，石墨化應于2300-2500度優(yōu)選MOO度溫度條件下進行，時間為60-80小時優(yōu)選70小時左右。溫度過高、時間過長的話， 將影響產(chǎn)物的低溫性能；若溫度太低或時間太短，又會使電池的容量減小。下面通過具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。實施例負極材料的制備方法1.取固化的酚醛樹脂碎粉與石油浙青粉末按1 1的質(zhì)量比進行混合，混合物與經(jīng)過球形處理的天然石墨粉以10 100的質(zhì)量比在一個加熱的容器中攪拌混合，控制混合物的溫度升溫到120攝氏度，并在該溫度維持攪拌池。攪拌均勻后的混合物轉移到碳化爐，在氬氣保護的環(huán)境下，以1100度的溫度碳化 12h，得到的產(chǎn)物經(jīng)破碎分級，篩分出粒度D50為20um的產(chǎn)品。該產(chǎn)品作為鋰離子電池制作的負極活性物質(zhì)A。2.取石油浙青粉末與經(jīng)過球形處理的天然石墨粉以10 100的質(zhì)量比在一個加熱的容器中攪拌混合，控制混合物的溫度升溫到120攝氏度，并在該溫度維持攪拌池。
攪拌均勻后的混合物轉移到碳化爐，在氬氣保護的環(huán)境下，以1100度的溫度碳化 12h，得到的產(chǎn)物經(jīng)破碎分級，篩分出粒度D50為20um的產(chǎn)品。該產(chǎn)品作為鋰離子電池制作的負極活性物質(zhì)B。3.將活性物質(zhì)A在管式爐中用氬氣保護在MOO度的條件下高溫石墨化，石墨化時間為3天，得到活性物質(zhì)C。4.將活性物質(zhì)B在管式爐中用氬氣保護在MOO度的條件下高溫石墨化，石墨化時間為3天，得到活性物質(zhì)D。5.將活性物質(zhì)A在管式爐中用氬氣保護在MOO度的條件下高溫石墨化，石墨化時間為7天，得到活性物質(zhì)E。6.將活性物質(zhì)A在管式爐中用氬氣保護在2700度的條件下高溫石墨化，石墨化時間為3天，得到活性物質(zhì)F。對復合碳源包覆的石墨低溫石墨化處理，可在提高容量的同時，保持良好的低溫性能。采用行業(yè)內(nèi)技術人員熟知的扣式電池制作辦法測試A、B、C、D、E、F六種石墨的容量和效率如表一所示表一
權利要求
1.一種表面包覆碳層的石墨材料，包覆物為碳源，并在包覆后經(jīng)碳化處理，其特征在于所述碳源包括30% -60%的難石墨化碳源，所述為質(zhì)量百分比。
2.根據(jù)權利要求1所述的表面包覆碳層的石墨材料，其特征在于所述難石墨化碳源包括酚醛樹脂。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的表面包覆碳層的石墨材料，其特征在于所述經(jīng)碳化處理后進一步包括石墨化處理。
4.根據(jù)權利要求3所述的表面包覆碳層的石墨材料，其特征在于所述石墨化處理是指于2300-2500度處理60-80小時。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的表面包覆碳層的石墨材料，其特征在于除難石墨化碳源外的其余碳源選自石油浙青或煤浙青中的至少一種。
6.權利要求1-5任意一項所述的表面包覆碳層的石墨材料的制備方法，所述方法包括A、將作為包覆物的碳源與石墨粉以6-12 100的質(zhì)量比充分混合均勻；B、將步驟A的產(chǎn)物在惰性氣體保護的環(huán)境下，于900-1200度的溫度條件下完全碳化；C、將步驟B的產(chǎn)物于2300-2500度的溫度條件下石墨化60-80小時。
7.根據(jù)權利要求6所述的制備方法，其特征在于所述步驟A中，石墨粉為經(jīng)過球形處理的天然石墨粉。
8.根據(jù)權利要求6所述的制備方法，其特征在于所述步驟A中，混合于加熱條件下進行，加熱溫度為不高于150度。
9.根據(jù)權利要求6所述的制備方法，其特征在于所述方法進一步包括將步驟B或步驟C的產(chǎn)物破碎分級，并篩分選擇粒度D50為18-22 μ m的產(chǎn)品。
10.權利要求1-5任意一項所述的表面包覆碳層的石墨材料作為鋰離子電池負極材料的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種表面包覆碳層的石墨材料、制備方法及作為鋰離子電池負極材料的應用。本發(fā)明的石墨材料包覆物包括質(zhì)量百分比為30％-60％的難石墨化碳源。本發(fā)明的石墨材料，能夠在保持高的容量特性的前提下，極大提高低溫充放電能力。
文檔編號H01M4/1393GK102255076SQ20101017672
公開日2011年11月23日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權日2010年5月19日
發(fā)明者何偉, 何名, 滕鑫, 潘啟明, 肖斌 申請人:深圳市比克電池有限公司